MAPK信号通路研究取得突破性进展

MAPK信号转导

MAPK（mitogen-activated protein kinases），即丝裂原活化蛋白激酶，是一组在进化上高度保守的丝/苏氨酸蛋白激酶。它们能够响应细胞外的多种刺激信号，如肽生长因子、细胞因子、激素以及氧化应激和内质网应激等，并将这些信号从细胞膜传导至细胞核，从而调控细胞的增殖、分化、存活和死亡等关键生理过程。

在哺乳动物细胞中，MAPK信号通路主要包括四种类型的级联反应，每种类型都对特定的上游信号产生响应。这些级联反应由三级磷酸化依赖的激酶组成：MAP kinase kinase kinase（MEKK或MKKK）、MAP kinase kinase（MEK或MKK）和MAP kinase（MAPK）。在这个磷酸化接力赛中，MKKKs首先磷酸化并激活MEKs，然后MEKs再磷酸化并活化MAPKs。

其中，研究最为广泛的是ERK（extracellular-signal regulated protein kinase）家族，特别是ERK1和ERK2。它们主要通过生长因子如EGF激活酪氨酸激酶受体，进而招募Sos蛋白到细胞膜上，通过消耗GTP活化Ras。活化的Ras再与Raf激酶结合，形成一个瞬时的信号，最终激活MEK并磷酸化ERK1/2。活化的ERK1/2能够进一步磷酸化多种下游靶基因，如p90核糖体S6激酶（RSK）、细胞质磷脂酶A2以及转录因子Elk-1等。

除了ERK家族外，还有JNK（c-Jun NH2-terminal kinase）/SAPK（stress-activated protein kinase）家族、p38 MAPK家族以及ERK5家族。JNK/SAPK级联反应能够被UV辐射、热激或炎症因子等应激信号激活，主要通过小G蛋白Rac和Cdc42介导。p38 MAPK家族则响应炎症因子、内毒素和渗透压等信号，存在多种异构体，其中p38α分布最为广泛。而ERK5则与细胞存活、增殖、分化以及癌症、心肌肥大和动脉硬化等病理过程有关。

尽管不同的MAPK级联信号具有高度的特异性和功能区分，但它们之间也存在一定的交叉作用。例如，某些上游激酶可能同时激活多条MAPK通路，而某些下游靶基因也可能被多条MAPK通路共同调控。这种交叉作用增加了MAPK信号通路的复杂性和多样性，使其能够更精确地响应细胞内外环境的变化。

总的来说，MAPK信号转导通路是一个高度有序且复杂的系统，通过精细调控细胞的各种生理活动，维持着机体的稳态与平衡。胞外信号通过膜受体传递至RAS，再经过MAP3K、MAP2K逐级磷酸化激活MAPK，最终MAPK进一步活化下游靶基因，从而实现对细胞活动的全面调控。

RAS蛋白，亦被广为人知为小G蛋白，在结合GTP后展现出磷酸化活性，负责激活下游蛋白。作为多种细胞信号转导通路的核心组成部分，RAS蛋白的活性状态对调控细胞的生长与分化起着至关重要的作用。在人类癌症的发病机理中，KRAS、HRAS和NRAS是三种主要的RAS蛋白类型。值得注意的是，由于基因突变导致的RAS蛋白持续激活状态，在人类癌症中极为常见，占据了相当高的比例。因此，研发针对RAS的抑制剂，被视为一种极具潜力的癌症治疗策略。

抑癌因子FBW7与胰腺导管腺癌（PDAC）的关联

原癌基因与抑癌基因是当前研究的热点，其中YY1、FBW7、CD177和PPEF2等备受关注。接下来，我们将通过FBW7基因在胰腺癌中的研究成果，来大致了解“信号通路——癌基因”的研究思路。

FBW7基因所编码的蛋白是SCF型泛素连接酶中介导底物识别的关键部分，它常参与底物的泛素化过程，引导这些底物被蛋白酶体降解。FBW7能够介导包括多种原癌蛋白在内的许多重要蛋白的泛素化，例如cyclin E、Notch、mTOR、c-Jun和c-Myc等，这些蛋白在细胞周期、细胞增殖及分化过程中发挥着举足轻重的作用。因此，FBW7的失活可能会引发多种恶性肿瘤，如胃癌、结肠癌、乳腺癌、肝癌等。

上海肿瘤医院的虞先濬教授曾在Cell Research上发表了一篇关于FBW7与胰腺导管腺癌（PDAC）的研究性论文。虞教授的科研团队发现，磷酸激酶ERK能够对FBW7进行磷酸化，进而促进其降解。这一过程会削弱FBW7作为肿瘤抑制因子的功能，从而诱导胰腺癌的发生。

胰腺导管腺癌（PDAC）是胰腺癌中一种常见且致命的疾病，其5年生存率极低，不到5%，是所有癌症中致死率最高的一种。由于缺乏有效的早期检测方法以及高转移率，只有少数病人能够进行切除手术。因此，提高临床治疗的实践性至关重要，同时需要对PDAC的分子机制有更深入的了解。

早期的研究已经表明FBW7与Ras/Raf/MEK/ERK信号通路存在密切关系，但FBW7的表达水平如何受到调控尚不清楚。在本研究中，科学家首先在胰腺癌临床样本中发现FBW7的低表达与ERK的激活显著相关，而ERK的激活主要是由于胰腺癌中KRAS的突变导致的。进一步的研究发现，ERK能够直接磷酸化FBW7的第205位苏氨酸，从而促进其发生自身泛素化降解。研究人员随后证实，FBW7的T205A突变体能够抵抗ERK的磷酸化，并导致原癌基因c-Myc的表达水平下降。这一发现显著抑制了胰腺癌细胞的增殖和肿瘤的发生过程。

综上所述，这些研究结果揭示了癌基因KRAS突变如何通过抑制肿瘤抑制因子FBW7来促进胰腺癌的进展，为胰腺癌的临床实践治疗提供了良好的分子基础。

在该研究中，确定FBW7的磷酸化位点及ERK对FBW7的磷酸化作用的过程如下作者首先基于最新的研究成果，确认了Thr205-Pro206是FBW7上的一个潜在磷酸化位点。为了验证Thr205是否为确切的激活位点，作者进行了两方面的实验：

一方面，他们利用特异性抗体与FBW7蛋白上的Thr205结合。实验结果显示，这种结合显著降低了FBW7的磷酸化水平，这初步表明Thr205可能是FBW7的一个重要磷酸化位点。另一方面，作者构建了FBW7的T205A突变体，即将Thr205突变为Ala（丙氨酸），因为丙氨酸是一个不能被磷酸化的氨基酸。实验发现，这种突变体难以被磷酸化，进一步证实了Thr205是FBW7的一个关键磷酸化位点。在后续的实验中，作者过表达了持续磷酸化的ERK蛋白，并检测到FBW7的磷酸化水平显著升高。然而，当使用FBW7-T205A突变体进行实验时，其磷酸化水平却明显降低。这一结果有力地证明了ERK能够直接磷酸化FBW7的Thr205位点。

此外，目前的研究还发现，MAPK信号传导途径的异常与多种人类疾病密切相关。例如，持续激活的JNK或p38信号通路在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）中发挥着介导神经元细胞凋亡的作用。而ERK信号通路则在包括癌细胞增殖、迁移和侵袭在内的肿瘤发生的多个步骤中起着关键作用。这些研究不仅加深了我们对MAPK信号传导途径的理解，也为相关疾病的治疗提供了新的思路和潜在靶点。